模拟太阳光响应的甲醇转甲酸甲酯催化剂制备、表征及性能研究

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光催化选择性氧化甲醇制备甲酸甲酯(MF)是一条新的绿色生产工艺路线,但目前研究大都采用紫外光,光能利用率低,研究以模拟太阳光为光源,光催化甲醇制甲酸甲酯具有一定的科学意义和实际应用价值。本研究采用了湿化学法制备了系列N-TiO2和Zr-TiO2基光催化剂,以及核壳型Ag@N(Zr)-TiO2催化剂。对催化剂的形貌、表面特性、元素状态等进行了表征,并控制原料气流速为10 ml/min,在25-45℃范围内和氙灯照射下,考察了催化剂选择性氧化甲醇制甲酸甲酯的性能,初步推测了反应机理。研究结果如下:1、采用氨水、尿素及氯化铵制备出的三种不同的N-TiO2,形貌差异较大;N原子以间隙掺杂的方式进入到TiO2的晶格并在TiO2的价带和导带之间形成杂质能级;吸收边呈现红移现象,比表面积增大,表面羟基和含氮物种的数量显著提高;以氯化铵为掺杂剂制备的N-TiO2的光催化活性最佳。2、核壳型Ag@N-TiO2催化剂,银负载量、壳层厚度和焙烧温度对催化性能影响显著,最佳制备条件为硝酸银溶液用量为3 ml、TBOT用量为7 mmol、焙烧温度为500℃;Ag有助于提高光生电子-空穴对分离效率,有利于提高催化剂对甲酸甲酯的选择性。3、Zr-TiO2催化剂中,Zr4+取代了Ti4+进入TiO2的晶格;Zr的掺杂抑制了TiO2晶粒的长大,催化剂带隙减小、表面羟基数量增加,有利于甲酸甲酯的生成。不同锆源制备的Zr-TiO2催化剂的形貌、元素组成和光催化活性存在差异,以氧氯化锆为锆源制备的催化剂活性最佳;Ag对Zr-TiO2的光催化活性作用不显著。
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